了得網工業技術_電動汽車工程手冊第四卷動力蓄電池

編輯推薦

中國電動汽車跨越發展的全面總結
業內百位專家嘔心瀝血的智慧結晶
民族汽車工業換道並行的智力支持
邁向汽車強國轉型升級的技術引擎

內容簡介

本卷涵蓋了電動汽車采用的相關動力蓄電池體繫，從電池的基礎知識、鉛酸蓄電池、金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池、超級電容器和新體繫電池等方面進行了繫統的介紹。其中鉛酸蓄電池在微混合和低速車領域應用廣泛，金屬氫化物鎳蓄電池在混合動力領域應用廣泛，鋰離子蓄電池在混合動力、插電式混合動力和純電動領域均有廣泛應用，超級電容器在公共交通領域實現了應用，新體繫電池在純電動領域開展了示範驗證。
由於鋰離子蓄電池在電動汽車中應用廣泛，所受關注度高，是當前研發和產業化的熱點，因此在本書內容中所占比例*大。
本卷旨在梳理電動汽車現有技術成果、推進電動汽車產業鏈全面發展，不僅可以為高等院校、汽車研究機構和企業工程技術人纔培養提供非常有價值的教材和參考資料，而且可以直接服務於電動汽車產業的自主創新。希望本手冊能夠對深入推進供給側結構性改革、提高我國電動汽車產業研發自主創新能力、提升自主品牌零部件和整車企業的競爭力、培育新動能做出貢獻。

作者簡介

肖成偉，男，博士/研高，中國電子科技集團公司第十八研究所研究員，國家十三五新能源汽車重點研發專項總體專家組成員，《新能源汽車生產準入管理規則》專家委員會委員，中國制造2025動力電池技術路線圖專題組組長，全國汽車標準化委員會電動汽車分委會委員，全國堿性蓄電池標準化技術委員會委員等。
現從事動力及儲能電池、新體繫電池、關鍵材料、測試評價及標準體繫等研究工作，牽頭/參與了長壽命錳酸鋰繫儲能電池關鍵技術及示範、動力電池關鍵材料測試技術研究和動力電池及關鍵材料共性技術及評價體繫研究等課題。
牽頭電動汽車安全全球技術法規電池熱擴散制定工作（EVS-GTR Thermal Propagation-Phase 1 組長），牽頭/參與動力電池循環壽命、動力電池安全、動力電池規格尺寸、動力電池廠房建設規範等國家標準的制定工作等。

基礎知識
第1章
1.1發展歷程 ……………………………………………………………1
1.1.1電池的定義 …………………………………………………1
1.1.2電池的發展史 ………………………………………………2
1.1.3電池的分類 …………………………………………………5
1.1.3.1原電池 …………………………………………………5
1.1.3.2蓄電池 …………………………………………………7
1.1.3.3貯備電池 ………………………………………………8
1.1.3.4燃料電池 ………………………………………………8
1.1.4動力蓄電池的發展背景 ……………………………………9
1.1.4.1動力蓄電池的發展意義 ………………………………9
1.1.4.2各國動力蓄電池發展規劃 ………………………… 10
1.1.5動力蓄電池的發展現狀 ………………………………… 13
1.1.6動力蓄電池的發展趨勢 ………………………………… 14
1.1.6.1新型鋰離子蓄電池 ………………………………… 14
1.1.6.2新體繫電池 ………………………………………… 15
1.2電池的組成及工作原理 ………………………………………… 15
1.2.1電池的基本組成 ………………………………………… 15
1.2.1.1電極 ………………………………………………… 16
1.2.1.2電解質 ……………………………………………… 16
1.2.1.3隔膜 ………………………………………………… 17
1.2.1.4外殼 ………………………………………………… 17
1.2.2蓄電池和蓄電池組合 …………………………………… 18
1.2.2.1概念術語 …………………………………………… 18
1.2.2.2蓄電池組的組合方式 ……………………………… 18
1.2.3電池的工作原理 ………………………………………… 20
1.2.3.1放電時的工作原理 ………………………………… 20
1.2.3.2充電時的工作原理 ………………………………… 21
1.2.3.3原電池具體實例 …………………………………… 21
1.2.3.4蓄電池具體實例 …………………………………… 22
1.2.3.5燃料電池工作原理 ………………………………… 23
1.3蓄電池的性能特征 ……………………………………………… 24
1.3.1重要概念術語 …………………………………………… 24
1.3.1.1電池電壓 …………………………………………… 24
1.3.1.2電池容量 …………………………………………… 26
1.3.1.3電池能量 …………………………………………… 30
1.3.1.4電池功率與功率密度 ……………………………… 33
1.3.1.5電池內阻 …………………………………………… 34
1.3.1.6放電電流 …………………………………………… 35
1.3.1.7荷電狀態 …………………………………………… 35
1.3.1.8自放電特性 ………………………………………… 36
1.3.1.9電池壽命 …………………………………………… 37
1.3.2主要電池體繫性能特征比較 …………………………… 38
1.3.2.1能量密度和功率密度的比較 ……………………… 38
1.3.2.2主要動力蓄電池的特性比較 ……………………… 40
1.3.3電池不一致性 …………………………………………… 41
1.3.3.1電池不一致性概述 ………………………………… 41
1.3.3.2電池不一致性分類 ………………………………… 42
1.3.3.3電池一致性提高途徑 ……………………………… 43
1.4熱力學基礎和電化學原理 ……………………………………… 43
1.4.1熱力學基礎 ……………………………………………… 43
1.4.2電極反應動力學 ………………………………………… 47
1.4.2.1電極過程 …………………………………………… 47
1.4.2.2極化作用 …………………………………………… 48
1.4.2.3塔菲爾（Tafel）公式………………………………… 49
1.4.3典型的電化學測量技術 ………………………………… 50
1.4.3.1三電極體繫 ………………………………………… 50
1.4.3.2循環伏安法（CV）…………………………………… 51
1.4.3.3電化學阻抗譜法（EIS）……………………………… 53
參考文獻 ……………………………………………………………… 54
鋰離子蓄電池
第2章
2.1發展概述 ………………………………………………………… 55
2.2材料體繫 ………………………………………………………… 56
2.2.1正極材料 ………………………………………………… 56
2.2.1.1概述 ………………………………………………… 56
2.2.1.2正極材料分類及生產工藝 ………………………… 56
2.2.1.3材料特性及測試方法 ……………………………… 77
2.2.2負極材料 ………………………………………………… 91
2.2.2.1概述 ………………………………………………… 91
2.2.2.2石墨類負極材料 …………………………………… 92
2.2.2.3無定形碳材料 …………………………………… 101
2.2.2.4硅基負極材料 …………………………………… 106
2.2.2.5鈦酸鋰（Li4Ti5O12） ……………………………… 114
2.2.2.6其他 ……………………………………………… 117
2.2.2.7材料特性與測試方法 …………………………… 122
2.2.2.8車用鋰離子蓄電池負極材料發展趨勢 ………… 129
2.2.2.9各類負極材料在電動汽車中的使用案例 ……… 131
2.2.2.10各類負極材料性能及優缺點對比 ……………… 131
2.2.3電解質（電解液）……………………………………… 132
2.2.3.1電解液的性能特點 ……………………………… 132
2.2.3.2電解液組成 ……………………………………… 133
2.2.3.3電解液的生產方法 ……………………………… 150
2.2.3.4電解液技術指標 ………………………………… 150
2.2.3.5電解液的分析方法 ……………………………… 151
2.2.3.6 電解液對集流體、正負極材料等的表面腐蝕或
相互作用 ………………………………………… 151
2.2.3.7電解液發展趨勢 ………………………………… 152
2.2.3.8電解液典型應用案例 …………………………… 152
2.2.4隔膜 …………………………………………………… 158
2.2.4.1概述 ……………………………………………… 158
2.2.4.2隔膜的分類 ……………………………………… 159
2.2.4.3主要制造技術和生產工藝 ……………………… 163
2.2.4.4隔膜表面塗覆 …………………………………… 165
2.2.4.5主要技術指標及檢測方法 ……………………… 166
2.2.4.6隔膜的發展趨勢 ………………………………… 170
2.2.5其他材料 ……………………………………………… 170
2.2.5.1鋁塑膜 …………………………………………… 170
2.2.5.2銅箔 ……………………………………………… 180
2.2.5.3鋁箔 ……………………………………………… 187
2.2.5.4導電材料 ………………………………………… 191
2.2.5.5黏結劑 …………………………………………… 200
2.3電池結構及設計 ……………………………………………… 203
2.3.1性能設計 ……………………………………………… 203
2.3.1.1容量設計 ………………………………………… 203
2.3.1.2能量密度（續駛裡程）…………………………… 204
2.3.1.3功率特性（爬坡、制動）………………………… 208
2.3.1.4溫度特性 ………………………………………… 210
2.3.1.5耐久性（循環 / 擱置） …………………………… 211
2.3.2結構設計 ……………………………………………… 219
2.3.2.1概述 ……………………………………………… 219
2.3.2.2軟包電池結構設計 ……………………………… 220
2.3.2.3圓柱形電池結構設計 …………………………… 222
2.3.2.4方形電池結構設計 ……………………………… 225
2.3.3安全設計 ……………………………………………… 229
2.3.3.1材料及體繫改進 ………………………………… 229
2.3.3.2電池結構安全設計 ……………………………… 234
2.3.4熱設計 ………………………………………………… 244
2.3.4.1熱管理概念及作用 ……………………………… 244
2.3.4.2熱管理的設計目標 ……………………………… 246
2.3.4.3電池生熱機理及模型 …………………………… 247
2.3.4.4電池材料對電池生熱傳熱的影響 ……………… 253
2.3.4.5電池老化對電池生熱的影響 …………………… 254
2.3.4.6電池傳熱機理與內部溫度分布及預測 ………… 255
2.3.4.7電池的熱控方法總結 …………………………… 259
2.4電池制造工藝及設備 ………………………………………… 273
2.4.1鋰電池設備制造業發展概況 ………………………… 273
2.4.1.1鋰電池設備發展歷程 …………………………… 273
2.4.1.2鋰電設備制造行業未來發展趨勢 ……………… 274
2.4.2電池的制造工藝流程 ………………………………… 276
2.4.3鋰離子蓄電池制造工藝及設備概述 ………………… 277
2.4.3.1漿料制備繫統 …………………………………… 277
2.4.3.2極片制備繫統 …………………………………… 279
2.4.3.3芯包制備繫統 …………………………………… 282
2.4.3.4單體蓄電池裝配繫統 …………………………… 285
2.4.3.5干燥注液繫統 …………………………………… 286
2.4.3.6化成分容繫統 …………………………………… 287
2.4.4動力蓄電池的智能制造 ……………………………… 288
2.4.4.1動力蓄電池智能制造的需求 …………………… 288
2.4.4.2動力蓄電池智能制造路線圖 …………………… 289
2.4.4.3動力蓄電池智能制造繫統集成標準體繫 ……… 295
2.4.4.4動力蓄電池智能制造裝備的層級 ……………… 296
2.4.4.5動力蓄電池智能制造繫統成熟度實現的層級 … 297
2.5動力蓄電池性能要求 ………………………………………… 298
2.5.1規格尺寸要求 ………………………………………… 298
2.5.2一致性要求 …………………………………………… 300
2.5.3電性能要求 …………………………………………… 300
2.5.3.1充電性能要求 …………………………………… 300
2.5.3.2放電性能要求 …………………………………… 301
2.5.3.3儲存性能要求 …………………………………… 303
2.5.4安全性要求 …………………………………………… 304
2.5.4.1電安全要求 ……………………………………… 304
2.5.4.2機械安全要求 …………………………………… 307
2.5.4.3環境安全要求 …………………………………… 312
2.5.4.4熱穩定性安全要求 ……………………………… 316
2.5.5壽命要求 ……………………………………………… 318
2.5.5.1標準循環壽命 …………………………………… 318
2.5.5.2工況循環壽命 …………………………………… 319
2.5.5.3日歷循環壽命 …………………………………… 320
2.5.5.4加速壽命測試 / 預測……………………………… 321
2.6電池生產廠房設計要求 ……………………………………… 321
2.6.1建築布局 ……………………………………………… 321
2.6.1.1物流優化布局 …………………………………… 321
2.6.1.2高度和建築材料 ………………………………… 322
2.6.1.3噪聲、衛生及保密考慮 ………………………… 322
2.6.1.4匹配未來變化 …………………………………… 322
2.6.2生產環境及動力供應要求 …………………………… 323
2.6.2.1生產環境規定 …………………………………… 323
2.6.2.2動力供應要求 …………………………………… 329
2.6.3原輔材料及加工工藝火災危險性分類 ……………… 331
2.6.3.1倉庫存儲物質的火災危險特征 ………………… 331
2.6.3.2電解液混合溶劑的物質火災特征 ……………… 332
2.6.3.3車間物質的火災特征 …………………………… 334
2.6.4生產廠區應采用的安全設施和措施 ………………… 337
2.6.4.1使用合理方法降低火災等級 …………………… 337
2.6.4.2注液車間的安全措施 …………………………… 337
2.6.4.3化成車間的安全措施 …………………………… 339
2.6.4.4局部噴淋繫統 …………………………………… 342
2.6.4.5消防風水法的應用 ……………………………… 342
2.6.4.6全廠的消火栓繫統 ……………………………… 344
2.6.4.7火災報警和疏散 ………………………………… 345
2.6.4.8宜用設備抗爆洩爆而建築不需要抗爆洩爆 ……… 345
2.6.4.9鋰離子蓄電池生產測試設備抗爆洩爆 ………… 346
2.6.4.10粉塵相關設備抗爆洩爆 ………………………… 347
2.6.4.11降低風險的工程實踐 …………………………… 350
2.7資源情況 ……………………………………………………… 352
2.7.1石墨資源 ……………………………………………… 352
2.7.1.1 概述 ……………………………………………… 352
2.7.1.2石墨的分類 ……………………………………… 354
2.7.1.3資源分布 ………………………………………… 356
2.7.1.4用途 ……………………………………………… 362
2.7.2鋰資源 ………………………………………………… 364
2.7.2.1概述 ……………………………………………… 364
2.7.2.2鋰產品的分類 …………………………………… 364
2.7.2.3資源分布 ………………………………………… 366
2.7.2.4鋰應用情況 ……………………………………… 368
2.7.3鈷資源 ………………………………………………… 371
2.7.3.1全球鈷資源狀況 ………………………………… 371
2.7.3.2中國鈷資源狀況 ………………………………… 372
2.7.4鎳資源 ………………………………………………… 373
2.7.4.1鎳礦及其分類 …………………………………… 373
2.7.4.2中國鎳資源狀況 ………………………………… 373
2.8梯級利用及資源回收 ………………………………………… 374
2.8.1退役電池處理方法 …………………………………… 374
2.8.1.1電池退役的判定 ………………………………… 374
2.8.1.2退役電池包的拆卸 ……………………………… 375
2.8.1 役電池的暫存和管理 ………………………… 378
2.8.1.4退役電池的包裝及運輸 ………………………… 379
2.8.2電池階梯利用 ………………………………………… 380

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